基于单片机的居室安全报警系统毕业设计管理资料.docx
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基于单片机的居室安全报警系统毕业设计管理资料
郑州大学毕业设计（论文）
题目：
基于单片机的居室安全报警系统
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完成时间：
基于单片机的家居安全报警系统
摘要：
我所设计的居室安全报警系统以STC89C52单片机为核心，由红外接收发管、GSM无线传输模块、烟雾报警以及煤气检测模块相互结合而成的居室安全报警系统。
它兼具防范火灾、防范入室盗窃、防范煤气泄漏、报警等功能的多功能报警系统。
红外报警采用热释电红外传感器（菲泥尔滤光片）与BISS0001芯片制作的红外传感器模块，进行人体存在的探测。
如果探测到人体，数据口输出高电平，否则为低电平。
煤气泄漏时MQ-5传感器通过监测煤气的浓度来实现对煤气泄漏的防范。
报警模块包括本地报警与远程报警。
本地报警采用LED和喇叭报警。
远程报警采用覆盖范围最广、信号稳定性好、无须用户维护的GSM移动通信网络，采用短信方式。
关键词：
居家安全报警系统；无线通信；GSM
Homesecurityalarmsystembasedon
singlechipmicrocomputer
Abstract:
conditionsaMybedroomsecurityalarmsystemdesignbySTC89C52single-chipmicrocomputerasthecore,byinfraredreceivingtubeandGSMwirelesstransmissionmodule,thesmokealarmandgasdetectionmodulecombinationandintothebedroomofsecurityalarmsystem.Thatcombinesprevention,guardagainstburglary,preventgasleakage,firealarmfunctionssuchasmulti-functionalarmsystem.Infraredpyroelectricinfraredsensoralarm（femudfilter）withBISS0001chipproductionofinfraredsensormodule,detectionforhumanexistence.Ifdetectedbythehumanbody,dataoutputhighlevel,orforthelowlevel.GasleakwhenMQ-5bymonitoringtheconcentrationofthegassensorforgasleakprevention.Alarmmoduleincludeslocalalarmwithremotealarm.LocalpoliceusingLEDalarmandhorn.Remotealarmusedthemostwidelycoverage,signalstabilityisgood,donotneedtousersofGSMmobilecommunicationnetworkmaintenance,usingtextmessaging.
Keywords:
homesecurityalarmsystems;Wirelesscommunication;GSM
3系统硬件设计与实现6
1绪论
1.1课题研究背景
由于我国经济总量的大幅提高，人们的生活方式也发生了根本性的变化。
私人也拥有了更多的个人财产，居室中的家用电器种类也随之增多，家家户户都装上了天然气。
所有的这些方便了我们的生活的同时。
也增加了我们生活中的潜在不安全因素。
不仅如此，城镇化脚步的加快，促使城市人口不断扩张，城市外来人员增多，这些都增加了城市的负载，扩大了城市的潜在不安全因素。
相关资料显示，我国刑事案件中入室盗窃罪行占到60%以上。
由此可见，入室盗窃案件是人们应该特别注意防范的，为避免居室被盗，而我们白天又要出去上班，我们所能做的就是给自己的居室装一套安防系统。
用以增强我们居室的安全水平，利用高科技技术来切实保障我们的安全。
另外基于现代城市家社区生活的单一模式，即：
家中成年人白天大多在公司上班，工作日期间，居室内一般只剩下老人和小孩，并且更有有大部分家庭白天都是空空如也。
遇到危险情况，年老的老人和年幼的小孩一般不会使用手现代通讯工具进行求助，而当代的生活小区的住宅结构通常也使得邻居根本发现不了危险情况又或者邻居是有心无力。
这种情况下，我们最需要的是能在第一时间将危险信号通知到当事人的报警系统。
因此，互联网通信技术快速发展人民生活质量不断提升的今天，当下家庭急需要一种更新的方法更智能化的技术设计的居室安防家居报警系统。
系统应该操作简单，实用性强、智能化水平高等特点，用以满足现代家庭对于财产安全和家庭人生安全的需求。
国内外发展状况
这些年来互联网通信技术的高速发展带动了社会生活各个层面大步迈进智能化领域；2003年智能化家居建设带来了4500亿美元的市场价值。
其中3700亿美元是智能家电硬件产品的价值，剩余的部分则是软件和技术支持的服务开销。
居室安全防控智能化的普及推广早已是众望所归，很多外国著名企业已经开始为用户提供带有智能安防报警系统的智能化的居室解决方案。
不得不承认；在智能家居系统研发方面，欧美西方等国家是领先于我们的。
这些年来先后跻身于研发智能家居报警系统的有美国的微软公司以及摩托罗拉公司；微软公司开发了“梦幻之家”、摩托罗拉开发的“居所之门“、IBM出品的”家庭主任‘等在日趋成熟的同时早已占领了大部分市场份额。
另外日本、韩国、新加坡等国家的实力派企业也在致力于智能居室报警系统的研发，想在激烈的竞争中分得一杯羹。
时下，以欧美为代表的西方发达国家在防盗措施方面以家居智能化小区为重要的发展方向。
关于“智能家居”，过去也有一些大型企业共同起草了一些业内各方面的规范，不幸的是时至今日仍然没有单独的其他组织提出关于这个方面的一整套完整的规范文件。
在海外市场各大公司开始智能家居安全报警系统研发的同时，我国企业也迈开了在居室安全报警系统领域的脚步。
这一时期我国的房地产住宅行业开始了快速的发展，这就直接有力的促进了居室安全报警的发展，扩大了其原有市场。
尤其最近几年，受到“平安城市”项目以及奥运会、世博会等在中国举办等一系列项目的影响，国内的居室安防行业获得了很好的发展契机。
自2004年以来，我国的居室防盗报警企业由小变大，实力不断增强，但整体规模和技术含量以及产品质量与外国相比还有一定的差距。
近几年在一些大型科技公司利用本身的技术优势，迅速占领了低端产品市场。
整体上来说，基于国内智能安防警报系统发展时间比较晚，跟国外的企业对比还是处在一定的差距。
未来的高新技术互联网技术会进一步发展，相信居室安防行业的市场前景也会随之发展，基于单片机传感器技术和无线网络技术的居室报警系统必将更加成熟，进而有效地保障广大业主的财产安全，为保障公共居室和维护社会和谐安定做出重要贡献。
研究的目的和意义
改革开放以来，我国城镇化普及率一直在提高，城市人口数量大幅增长，这给城市的治安施加了很大的压力。
市民的安全意识也有了很大的提高，他们表现出对家庭对财产强烈的保护愿望。
当下我国居民住宅形势主要以套房为主，套房的防盗措施一般情况下仅仅是依靠传统的居室大门铁丝网，对于火灾以及煤气还没有什么可行有效的防范措施。
这些传统单一的防盗形式，在高科技犯罪屡见不鲜的今天只能渐渐的淡出别人的视野，渐渐地成为了一种辅助工具。
现在大多数大中城市都具备防盗网安装传统的钢取缔，并使用隐形防盗网。
这样在使用的电子智能防盗报警系统的技术手段的新形势，以防止社会的发展而发展。
但是现在的现实是不是智能电子防盗装置，广泛应用于企业，机构和个人在普通家庭中。
究其原因，除了人的问题的防盗报警系统的了解，特别是在家居安防产品，性能，价格，社会没有需求的各个方面。
国内企业在低端产品，虽然很多防盗报警器，但市场是复杂的，生产商以不同的方式，主要是低技术含量，低成本，小批量安装。
尽管在技术上这些年有很大进步和完善，但生产，非综合运用这些新技术在整个家去不作报警系统，目前的产品技术没有太大的改善，稳定性，操作便捷性也没有改善。
因此，伴随着今天的科学技术的飞速发展，传统的防盗报警系统难以满足当今人们家庭安全需求，以及一些必要的需要的需求，研发设计出一个新的安全真正满足现代家庭的家居报警系统迫在眉睫。
该任务的目的是基于现状和发展趋势，研究安全家庭报警系统的设计安防系统的开发是基于一个更完整的GSM短信模块，该系统现代技术相结合，完美的在解决了传统的消防防盗系统各方面的许多缺点，使内部安全更及时，更方便，更智能完善
2系统总体设计方案
设计任务要求
经济的快速发展带动了人们生活水平的日益提高，人们越来越重视居室安全预警问题。
目前，国外在这方面已有很广泛的应用，而国内并没有真正大面积的使用。
主要原因是我国的住宅不同于国外，住宅类型是多层单元式套房居多。
考虑到我国的国情，本款安防家居报警系统具有防盗窃、防火灾、防煤气并可通过LED和喇叭报警、同时能将警情以短信形式通知住户的功能。
任务要求：
（1）系统装置体积小、成本低、操作方便、易于维护和安装；
（2）通过研究智能控制技术，提出家居安防系统的设计方案，实现方法；
（3）通过选用合适的传感器和电子元器件设计系统的硬件电路；
（4）编写控制软件程序流程图，实现系统各项功能要求。
系统设计思路
安防家居报警系统的设计与用户实际使用环境密切相关，通过对国内住宅的研究和日常生活的观察，该系统需要考虑如下方面的设计要求：
防盗报警系统主要是对入户门、窗进行防范；火灾报警系统主要是对客厅等一些容易发生火灾的地方安装烟雾传感器；防煤气报警系统主要是在厨房安装天然气传感器。
最后通过主控制器，接收各个传感器的检测信号实现远程报警。
所以在上文所述的几个系统设计原则及尽量保证经济性和可靠性的前提下，确定系统的总体设计思路：
（1）安防模块主要由三部分组成，防盗、防火灾、防煤气。
防盗采用红外报警模块，MQ-2烟雾传感器进行烟雾检测判断，采用MQ-5进行有毒气体的泄露状况的检测；
（2）报警模块由两部分组成：
本地报警与远程报警。
本地报警采用LED和喇叭报警。
远程报警采用覆盖范围最广、信号稳定性好、无须用户维护的GSM移动通信网络，采用短信方式；
（3）对于室内的安全状态采用LCD1602实时显示，以便于住户及时查看到房屋当前的安全状态。
系统总体构成
本设计将传感器检测技术、智能控制、通讯技术相结合，形成一个可靠、安全的安防家居报警系统。
系统的总体框图如图2-1。
系统主要包括无线传感器GSM模块、液晶显示模块、红外报警模块、单片机主控模块。
传感器模块主要是多个传感器组成的检测电路，构成多个不同的报警点。
显示模块显示的是房屋当前的安全状态，一旦出现警情会显示报警信号的来源。
报警模块由本地报警与远程报警模块组成，本地报警模块是LED、喇叭。
远程报警模块即为GSM模块。
主控模块为STC89C52组成的微处理器主控电路。
系统总体框图如图2-1所示：
显示模块
声光报警模块
GSM模块
STC89C52单片机
传感器
GSM网络
用户接收手机
图2-1系统总体框架
系统主要模块的方案选择
防盗模块
红外传感器进行180度人体温度检测，把你的安全防护系统彻底隐藏起来，给火灾时的逃生提供方便。
采用热释电红外传感器（菲泥尔滤光片）与BISS0001芯片制作的红外传感器模块，进行人体存在的探测。
如果探测到人体，数据口输出高电平，否则为低电平。
工作原理如下：
人体37度的温度会发出波长10um的红外线，被动式红外探头就是靠探测人体发射的特定红外线进行工作的。
[4]当人体红外辐射温度发生变化时该元件就会丧失电荷平衡，向外释放电荷，经过电路经检测处理后能产生由人体存在的信号。
红外传感器的信号采集敏感区示意图如图2-2所示：
图2-2信号采集敏感区示意图
防火灾模块
防火灾采用烟雾传感器组成的防火网络。
烟雾传感器采用MQ-2，其的特点是：
探测范围广，稳定性好,灵敏度高，寿命长。
MQ-2气敏元件主要由微型AL203陶瓷管、SnO2敏感层、测量电路和加热器构成。
一般情况下发生火灾时，建筑物内的易燃材料会产生大量的浓烟，所以使用烟雾传感器进行火灾的检测是非常合理可靠的。
防煤气模块
防煤气采用气体传感器组成的防火网络。
气体传感器采用MQ-5气体传感器，其适用于天然气、煤气、液化气的检测，具有良好的抗烟雾能力。
MQ-5所使用的气敏材料是清洁空气中电导率较低的二氧化锡（SnO2）。
采用高低温循环检测方式检测气体。
主要特点：
（1）保证足够宽度的范围内保足够高的灵敏度；
（2）对丁烷、丙烷、甲烷的灵敏度较高；
（3）长寿命、低成本；
（4）简单的驱动电路即可。
通过研究发现天然气、煤气、液化气中均含有烷、丙烷、甲烷成分，因此MQ-5传感器符合对煤气检测的设计要求。
GSM模块
GSM的全部名称为：
GlobalSystemforMobileCommunications，是全球移动通讯系统这一名字的简称，是标准的第二代的移动通信技术[7]，它让全球各地可以共同使用一个移动电话网络标准，实现了一部移动终端联系全世界这一构思。
我国于20世纪90年代初引进采用此项技术标准，GSM模块具有发送SMS短信，语音通话，数据传输等基于GSM网络进行通信的基本功能。
目前市场上常见的GSM模块有西门子公司的TC35系列，SIMCOM公司的SIM300/900系列，WAVECOM公司的M02/3系列，明基公司的M22/M23系列等。
这些模块在性能及使用上差别不大，均能满足本设计的需要，所以本设计选用了SIMCOM公司的SIM900模块来完成远程报警的功能。
目前市场上常见的防盗报警系统的通信方式有固定电话拨号、以太网、集群系统等等。
但它们有各自的优缺点：
（1）有线电话线容易被切断电话线，造成关键时刻无法求救；
（2）以太网同样面临着线路被切断的隐患，且不易普及；
（3）集群系统功耗很大，网络架设和维护费用很高，而且需要购买固定的频点。
针对以上通信方式的优缺点，选择基于GSM的安防家居报警系统。
此系统可解决这些隐患，让家庭防盗更及时、使用更方便。
它不再依赖有线电话而是借助最可靠、最成熟的GSM移动网络，以最直观的中文短消息形式，直接把报警危险信息传输到你的手机上。
主控芯片
STC89C52RC单片机是一款具备高速/低功耗/很强的抗干扰能力的51单片机，它的各项指标对于8051单片机具有很好的兼容性，工作电压范围相对很大，频率范围宽。
STC89C52的芯片引脚如图2-3所示。
图2-3STC89C52RC引脚图
3系统硬件设计与实现
安防家具报警系统的设计，准确可靠的硬件平台是完成各项功能的基础，也是整个系统的重要组成部分。
系统硬件总体框图如图3-1所示。
STC89C52
GSM模块
红外传感器
声光报警模块
烟雾传感器
LCD1602显示模块
煤气传感器
LED指示灯
按键输入
图3-1系统硬件总体框图
主控模块基本电路
主控模块是整个系统的控制核心，接受各个模块传来的报警信息及遥控命令并进行相关的分析处理，显示相关信息，一旦出现警情，声光报警同时以短信形式告知住户。
主控模块的基本电路包括STC89C52芯片的复位电路和时钟电路。
1、复位电路
单片机STC89C52的RST引脚和电容、电阻、复位按键串联构成了复位电路。
其电路原理图如图3-2所示，该电路实现上电复位的功能。
图3-2复位电路在
STC89C52的单片机的第9脚（RST）为复位引脚，电容两端的一个复位按键。
系统开始工作后，时钟电路也即开始工作，[6]当RST引脚上出现大于两个机器周期的高电平即引起单片机执行复位操作。
因此只要按下按键S1，便可实现单片机的复位。
2、晶振电路
单片机内部之所以产生时间得益于时钟电路的主要功能，基于单片机本身的高增益反相放大器和外部跨接的晶振、微调电容构成产生时钟的方法。
[8]输入端为XTAL1，输出端为XTAL2的反相放大器，XTAL1和XTAL2以及外部石英晶体再加两个电容连接起来即可构成一个石英晶体振荡器如图3-3所示。
30pf左右的瓷片电容主要对电容C6和C7选用起稳定振荡频率、快速起振的作用。
图3-3时钟电路
防盗探测器电路
本设计采用基于菲泥尔滤光片与BISS0001芯片组成的热释电红外传感器模块，如果探测到人体存在，模块的数据输出口输出高电平，否则为低电平。
其模块原理图如图3-4所示：
图3-4红外模块原理图
防火灾探测器电路
本设计的火灾探器选用MQ-2烟雾传感器模块。
当火灾产生时，室内的易燃物会产生大量的烟雾，MQ-2通过监测烟雾的浓度来实现火灾防范。
MQ-2气体传感器内部电路如图3-5所示。
图3-5烟雾传感器内部电路
烟雾传感器H为加热端，A、B为气敏器件两端。
当检测到烟雾气体时，传感器内部阻值减小，随之比较器LM393（U1A）的反相输入端电压高于同相输入端参考电压，使比较器输出低电平，LED灯亮。
电路中通过调节电位器（RP）可以调节MQ-2烟雾传感器的灵敏度。
防煤气探测器电路
本设计的煤气探器选用MQ-5气体传感器模块。
其对甲烷、乙烷等气体有很高的灵敏度，具有抗烟雾、酒精的能力。
因此煤气泄漏时MQ-5传感器通过监测煤气的浓度来实现对煤气泄漏的防范。
其内部电路和工作原理与MQ-2烟雾传感器一样。
LCD显示电路
本设计中显示模块用于实时显示室内的安全状态，因此不能用数码管显示，通过研究发现LCD1602液晶完全可以满足设计要求。
LCD1602液晶是一种专门用于显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。
其显示的内容为16*2，即可以显示两行字符，引脚功能如表3-1所示。
表3-1LCD1602引脚功能
引脚号
引脚名
输入/输出
作用
1
Vss
电源地
2
Vcc
电源（+5V）
3
Vee
对比调整电压
4
RS
输入
0输入指令1输入数据
5
R/W
输入
0向LCD写入指令或数据1从LCD读取信息
6
E
输入
写操作时，下降沿使能；读操作时，高电平有效
7
DB0
输入/输出
数据总线line0（最低位）
8
DB1
输入/输出
数据总线line1
9
DB2
输入/输出
数据总线line2
10
DB3
输入/输出
数据总线line3
11
DB4
输入/输出
数据总线line4
12
DB5
输入/输出
数据总线line5
13
DB6
输入/输出
数据总线line6
14
DB7
输入/输出
数据总线line7（最高位）
15
BLA
LCD背光电源正极
16
BLK
LCD背光电源负极
LCD1602液晶模块体积小巧，功耗较低，自带字库和驱动电路，其与单片
机的电路如图3-6所示：
图3-6液晶显示电路
其中R3为10K点位器，用于调节液晶显示的对比度，RES2为1K电阻，作为限流电阻使用，用于调节液晶显示的背光亮度。
本地报警电路
本地报警部分分为声音报警和灯光报警。
声音驱动报警如图3-7所示。
图3-7声音报警驱动电路
灯光报警如图3-8所示。
当单片机收到探测器发来的信号处理后，如果满足报警条件就同时触发这两个报警，可以有效的击退盗贼或者起到安全提醒的作用。
蜂鸣器工作所需的电流比较大，单片机引脚无法驱动正常工作，所以需要三极管最为蜂鸣器的驱动器。
当P33输出低电平，即三极管基极为低电平时，三极管处于饱和导通，蜂鸣器鸣叫；当P33输出高电平，即三极管基级为高电平时，三极管处于截止状态，蜂鸣器不叫。
图3-8灯光报警电路
GSM模块电路
当主控模块接收到警报信号后除了本地报警还会通过短信进行远程报警。
短信发送是基于GSM工能模块来实现的，系统在实验与调试过程中采用的GSM模块型号为SIM900。
SIM900是SIMCOM公司推出的GSM/GPRS双频模块，集成GPRS无线上网、GSM语音通话和收发短信等多种功能于一体，主要为语音传输、短消息和数据业务提供无线接口。
模块集射频电路和基带于一体，而且体积小，功耗低，提供完善的接口，可以方便的应用于开发及设计。
SIM900模块的引脚序号和名称如图3-9所示。
图3-9SIM900引脚图
在本设计中SIM900模块的实物图如图3-10所示：
图3-10SIM900实物图
4软件系统设计与实现
软件主流程
软件设计主流程图如图4-1所示。
安防家居报警系统上电运行或复位后，程序首先对全部外围器件及主控模块初始化，主要包括单片机的定时器、中断系统、串行通信、LCD液晶、I/O口，GSM等的初始化。
初始化完后单片机显示相关状态信息，然后进入中断等待；单片机接收到按键信息后，判断是否进入布防状态。
进入布防状态后，根据传感器的检测信号进行相应的处理。
若检测到报警信号，则触发本地报警和通过串口通信触发GSM报警短信发送，并显示相应的状态。
进入撤防状态后，解除所有的报警状态，完成所有程序的初始化状态。
其中整个程序的设计中有几个关键的主模块，比如中断程序的设计、串口数据的收发、GSM短信的收发、LCD的显示等，下面对这些主要程序的设计进行分析。
开始
初始化单片机机机
传感器采样
报警组合方案
是否异常
结束
发送GSM短信
报警处理
接受短信
Y
N
Y
N
图4-1软件主流程
串口通信程序设计
本设计中防盗报警主机在工作时需要进行GSM短信的发送，这些都要求STC89C52RC单片机与GSM模块能够进行串口通信：
单片机向SIM900模块发控制命令和要发送的短信内容，单片机与SIM900模块是通过发送引脚TXD和接收引脚RXD组成的串口连接的，因此对单片机编写串口通信程序是保证收发短信功能正常的前提。
在使用串口之前，首先要对单片机的串口进行初始化工作，串口的初始化包括以下几个步骤：
（1）定时器T1的工作方式设置；
（2）定时器T1的计数初值设置；
（3）串口的工作方式设置；
（4）定时器及串口的中断设置；
（5）启动定时器T1。
串口初始化需要对单片机的波特率进行设置。
SIM900模块的波特率默认是9600bps，在串行通信中收发双方的波特率又要求一致，所以我们需要将单片机的波特率也设置为9600。
串口的初始化程序如下所示：
SCON=0x50；//UART方式1:
8位UART;REN=1:
允许接收
PCON=0x00；//SMOD=0:
波特率不加倍
TMOD|=0x20；//T1方式2,用于UART波特率
TH1=0xFD；
TL1=0xFD；//UART波特率设置:
9600
TR1=1；
通过定时方式控制寄存器将定时器设置为自动载入计数初
升级会员 